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第四章电磁振荡与电磁波
旅行者1号探测器是目前离地球最远的人造天体，它给我们发回了上万张神秘宇宙的照片。1990年2月14日，已经完成主要任务的旅行者1号在距离地球60亿千米之外接到了来自地球的指示，调转照相机，朝着地球的方向拍摄了一组照片。在传回地球的照片中，我们的地球是一个极小的暗淡蓝点，看不出与其他星球的区别。时至今日，我们仍然能够接收到200亿千米之外旅行者1号发来的信息。
电磁波的发现和使用带来了通信技术的发展，极大地改变了人们的生活，开阔了我们的视野。
4.1电磁振荡
水波是由机械振动形成的。一颗石子投入水面会激起一阵涟漪，但是要形成持续的水波，则需要不断地击打水面。电视、广播接收的是电磁波，要产生持续的电磁波，需要持续变化的电流。怎样才能产生这样的电流呢？
新课导入
不断地击打水面
把线圈、电容器、电源和单刀双掷开关按照图连成电路。把电压传感器（或示波器）的两端连在电容器的两个极板上。
先把开关置于电源一侧，为电容器充电;稍后再把开关置于线圈一侧，使电容器通过线圈放电。观察电脑显器显示的电压波形。
演 示
观察振荡电路中电压的波形
E
C
S
L
观察振荡电路电流变化情况
动画模拟
实验现象
大小和方向都做周期性迅速变化的电流，叫作振荡电流
产生振荡电流的电路叫作振荡电路。
由电感线圈L和电容C组成的电路，就是最简单的振荡电路，称为LC振荡电路。
问题：为什么会产生振荡电流？
一.电磁振荡的产生
1.振荡电流：
2.振荡电路：
3.LC振荡电路：
想一想与交流电有何区别？
4.振荡电路的工作原理
电磁振荡的充放电过程
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
正向放电
正向充电
反向放电
反向充电
①电容器充电结束，两极板上的电荷最多。
②回路中电流从0开始逐渐增到最大。两极板电荷量从最大减为0。
③自感线圈给电容器正向充电结束，回路中电流从最大减为0，两极板电荷量从0变回最大。
⑤自感线圈给电容器反向充电，于是整个电路回到最开始状态。
④电容开始反向放电
一.电磁振荡的产生
电磁振荡的图象分析
电流i
0
t
+
-
电容器
电量q
0
t
+
-
+
-
+
-
+
-
正向放电
正向充电
反向放电
反向充电
4.振荡电路的工作原理
一.电磁振荡的产生
放电 充电 放电 充电
正向充电结束准备放电，此时电量最大电场能最大，电流为零磁场能为零，充电时由于自感电流不会突然增加。
t
q/i
0
放电结束，电路中电流最大磁场能最大，电量为零电场能为零，由于自感电流不会立即消失，开始反向充电。
反向充电结束准备放电，此时电量最大电场能最大，电流为零磁场能为零，充电时由于自感电流不会突然增加。
放电结束，电路中电流最大磁场能最大，电量为零电场能为零，由于自感电流不会立即消失，开始正向充电。
正向充电结束准备放电，此时电量最大电场能最大，电流为零磁场能为零，充电时由于自感电流不会突然增加。
周而复始
这样不断地充电和放电，电路中就出现了大小、方向都在变化的电流，即出现了振荡电流。
一.电磁振荡的产生
二、电磁振荡中的能量变化
i
0
t
B
0
t
q
0
t
E
0
t
时间 t 电 流 i 电量 q 电场能 磁场能
0
零
最大
最大
最大
零
零
零
零
零
零
零
最大
最大
最大
最大
最大
最大
最大
零
零
电磁振荡与机械振动虽然有着本质的不同，但它们还是具有一些共同的特点。在机械振动中，例如在单摆的振动中，位移x、速度v、加速度a 这几个物理量周期性地变化。在电磁振荡中，电荷量q、电流i、电场强度E、磁感应强度B这几个物理量也在周期性地变化。
在机械振动中，动能与势能周期性地相互转化。那么，在电磁振荡中，能量是如何转化的
在整个过程中，电路中的电流i、电容器极板上的电荷量q、电容器里的电场强度E、线圈里的磁感应强度B，都在周期性地变化着。这种现象就是电磁振荡。
思考与讨论：
在电磁振荡中，能量是如何转化的
5.电磁振荡：
几个特殊时刻各物理量的特点 状态图
时刻 0 T/4 T/2 3T/4 T
q 最大 上正下负 零 最大 下正上负 零 最大
上正下负
电场能 最大 零 最大 零 最大
i 零 最大 零 最大 零
磁场能 零 逆时针 零 顺时针 零
B
0
t
E
电磁振荡的过程中，电场能和磁场能发生周期性的转化
t
0
磁
场
能
电
场
能
电场能
磁场能
充电
磁感强度B
电容器带电量ｑ
电路中电流i
同步变化
同步变化
两极间场强E
放电
步调相反
Q、B、i、E变化周期
T
电场能、磁场能变化周期
二.电磁振荡的能量
电场能
所以，在电磁振荡的过程中，电场能和磁场能会发生周期性的转化。
磁场能
电场能
磁场能
电场能
电场能
磁场能
充电
磁感强度B
电容器带电量ｑ
电路中电流ｉ
同步变化
同步变化
步调相反
两极间场强E
二.电磁振荡的能量
1.LC振荡电路规律总结：
①电量电流都是按正弦规律周期性变化的，充电时q减小，i增大，放电时i减小，q增大
②电量q与电场强度E、电场能E电对应，电流i与磁感应强度B、磁场能E磁对应，也在周期性变化，总能量E不变。
二.电磁振荡的能量
理想情况
能量有损耗
如果能够适时地把能量补充到振荡电路中，以补偿能量损耗，就可以得到振幅不变的等幅振荡。实际电路中由电源通过电子器件为LC电路补充能量。
内能
电磁波
二.电磁振荡的能量
2.无阻尼振荡与阻尼振荡
无阻尼振荡：在电磁振荡中，如果没有能量损失，振荡电流的振幅保持不变，这种振荡叫做无阻尼振荡，也叫做等幅振荡。
阻尼振荡：任何电磁振荡电路中，总存在能量损耗，使振荡电流的振幅逐渐减小，这种振荡叫做阻尼振荡，或叫做减幅振荡。
①阻尼振荡时一部分能量转化成热量，一部分能量变成电磁波辐射出去。
②如果用振荡器不断地将电源的能量补充到振荡电路中去，就可以保持等幅振荡。
二.电磁振荡的能量
周期：电磁振荡完成一次周期性变化所需的时间。
频率：一秒钟内完成周期变化的次数叫做频率。
电容较大时，电容器充电、放电的时间会长些还是短些 线圈的自感系数较大时，电容器充电、放电的时间会长些还是短些？根据讨论结果，定性分析LC电路的周期（频率）与电容 C、电感L的关系。
三、电磁振荡的周期和频率
实 验
L1＞L2
C1＞C2
振荡周期T1＞T2
理论分析表明，LC 电路的周期T与电感L、电容C的关系是：
三、电磁振荡的周期和频率
理论分析表明，LC电路的周期T与电感L、电容C的关系是
①式中各物理量T、L、C、f的单位分别是s、H、F、Hz。
②改变周期的方法：
L：线圈的大小、形状、匝数、铁芯。
注意：在一个周期内，振荡电流的方向改变两次；电场能（或磁场能）完成两次周期性变化。
三、电磁振荡的周期和频率
③由振荡回路本身特性所决定的振荡周期和频率，叫做振荡电路的固有周期和固有频率，简称振荡电路的周期和频率。
三、电磁振荡的周期和频率
例1. LC回路中电容器两端的电压随时间变化的关系如图所示, 则： ( )
A. 在时刻t1, 电路中的电流最大
B. 在时刻t2, 电路中的磁场能最大
C. 在时刻t2至t3, 电路中电场能不断增大
D. 在时刻t3至t4, 电容的带电量不断增大
典型例题
BC
例2.如图，所示的LC振荡电路，当电键K打向右边发生振荡后，下列说法中正确的是（ ）
A．振荡电流达到最大值时，电容器上带电量为零
B．振荡电流达到最大值时，磁场能最大
C．振荡电流为零时，电场能为零
D．振荡电流相邻两次为零的时间间隔等于振荡周期的一半
典型例题
ABD
3
例4.（多选）如图所示的振荡电路中，某时刻线圈中磁场方向向上，且电路的电流正在增强则此时（ ）
A．a点电势比b点低
B．电容器两极板间场强正在减小
C．电路中电场能正在增大
D．线圈中感应电动势正在减小
典型例题
ABD
例5.(多选)如图所示电路中，电容器的电容为C，电感线圈的自感为L，线圈的电阻忽略不计，原来开关S闭合，现从开关S断开的瞬间开始计时，以下说法正确的是(　 )
A．t＝0时刻，电容器的左板带负电，右板带正电
B．t＝ 时刻，线圈L的感应电动势最大
C．t＝ 时刻，通过线圈L的电流最大，
方向向左
D．t＝ 时刻，电容器C两极板间电压最大
典型例题
BD
例6.如图所示，LC振荡电路中，已知某时刻电流i的方向指向A板，且正在增大，则（ 　）
A. A板带正电
B. AB两板间的电压在增大
C. 电容器C正在充电
D. 电场能正在转化为磁场能
例7.在一个LC振荡电路中，电流i随时间而变化的规率为i=0.01sin1000t(A)，已知电容器的电容量为20μF，求电感线圈的自感系数是多大？
答案:0.05亨
典型例题
D
课堂小结
1.振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流
2.振荡电路：能够产生振荡电流的电路。
3.LC振荡电路：当开关置于线圈一侧时，由电感线圈L和电容C组成的电路，就是最简单的振荡电路。
4.电磁振荡：在整个过程中，电路中的电流i、电荷量q、电场强度E、磁感应强度B，都在周期性地变化着。这种现象就是电磁振荡。
5.电磁振荡的周期和频率

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